Шихта для виготовлення зносостійких виробів

Шихта для виготовлення зносостійких виробів, яка містить карбід кремнію, вуглецевмісну компо 28890 нок підвищення міцності заготовок на стадії відгонки тимчасової зв'язки. Поставлене завдання вирішується наступним чином. У відомій шихті для виготовлення зносостійких виробів, яка містить карбід кремнію, вуглецевмісну компоненту у вигляді розширеного графіту і тимчасову зв'язку, вуглецевмісна компонента додатково містить вуглецеві волокна довжиною 0,5-2,5 мм при такому співвідношенні компонентів, мас.%: карбід кремнію 51-65 розширений графіт 18,5-26,5 вуглецеві волокна 0,5-1,5 тимчасова зв'язка (2 частини парафіну + 1 частина воску) 16-21 Заміна частини графіту вуглецевмісною компонентою на вуглецеві волокна (0,5-1,5 мас.%) довжиною 0,5-2,5 мм приводить до підвищення границі міцності свіжосформованого матеріалу за рахунок реалізації ефекту армування, який проявляється в формуванні зв'язків між порошкоподібними складовими шихти (карбід кремнію, розширений графіт) і вуглецевими волокнами. Вказані зв'язки наводяться шляхом утворення містків "склеювання", і посилюються волокнистим наповнювачем, причому в якості клею виступають продукти розпаду тимчасової зв'язки (смоли). Введення вказаної масової долі вуглецеви х волокон в сукупності з відомими компонентами забезпечує високий відсоток виходу якісних виробів, за рахунок збільшення границі міцності свіжосформованого матеріалу, при збереженні високих триботехнічних показників виробів. Карбід кремнію, в кількості 51-65%, в запропонованій суміші є основною структурною складовою, яка в силу своїх властивостей забезпечує високий рівень основних фізико-механічних характеристик матеріалу, отриманого з запропонованої шихти. В зв'язку з цим, зменшення вмісту карбіду кремнію нижче 51% приводить до зниження міцності і твердості матеріалу. Збільшення його вмісту більше 65% негативно впливає на триботехнічні характеристики: зносостійкість матеріалу погіршується, значно зростає коефіцієнт тертя. Введення 18,5-26,5% розширеного графіту забезпечує при перемішуванні шихти рівномірне обволікання частинок карбіду кремнію вуглецевмісною компонентою, що, в кінцевому підсумку, дозволяє формувати керамічний матеріал гомогенної структури: зерна первинного карбіду кремнію зцементовані вторинним карбідом кремнію. Крім того, велика питома поверхня розширеного графіту в поєднанні з високою хімічною активністю, яка проявляється в здатності до самозв'язування, покращують і прискорюють процеси просочування розплавленим кремнієм з наступною карбідізацією по всьому січенню виробу. Зменшення вмісту розширеного графіту нижче 18,5% викликає збільшення залишкового кремнію, що веде до погіршення триботехнічних характеристик. Збільшення вмісту розширеного графіту більше 26,5% викликає погіршення міцнісних властивостей матеріалів, що, в кінцевому підсумку, погіршує зносостійкість виробів з таких ши хт. Введення вуглецевих волокон в шихті, згідно з винаходом, дозволяє збільшити міцність свіжосформованого матеріалу. Причому, при вмісті ни жче 0,5% ефект збільшення міцності вироджується і їх використання пов'язане з значним відсотком виходу бракованих (тріщини, розломи, сколи) виробів. Збільшення вмісту вуглецеви х волокон вище 1,5% викликає погіршення структури матеріалу внаслідок появи зон гетерогенності. Міцність такого матеріалу знижується. Оптимальна довжина волокон 0,5-2,5 мм. Більш короткі волокна не підвищують міцність свіжосформованого матеріалу. Волокна, довші за 2,5 мм, при приготуванні шлікеру комкуються, утворюють переплетені сполучення, які погіршують процес формування заготовок, порушують гомогенність структури кінцевих виробів. Парафіно-воскова суміш є тимчасовою зв'язкою шихти в формованих виробах. Зменшення або збільшення процентного вмісту зв'язки в формованій суміші веде до погіршення процесу отримання заготовки: зменшення викликає низьку текучість суміші, що приводить до дефектів литва заготовок; при збільшенні погіршуються міцнісні характеристики через слабкість зв'язків "зерно - зерно", "зерно - волокно". Для експериментальної перевірки ефективності ши хти, що пропонується, було підготовлено 11 сумішей інгредієнтів (див. табл. 1), 6 з яких показали оптимальні результати (див. табл. 2). Виготовлялись взірці у вигляді дисків (діаметр - 50 мм, висота - 12 мм, діаметр центрального отвору 16 мм), штабиків (5 мм ´ 5 мм ´ 35 мм) і кілець торцевих ущільнень. Взірці виготовлялись по наступній технології: після зважування компоненти змішували в змішувачі при температурі 80°С на протязі 40 хв. Готовий шлікер заливали під тиском в металеві форми. Охолоджені заготовки вибирали з ливарної форми і закладали в сушильну ша фу для відгонки тимчасової зв'язки. Режим відгонки: швидкість нагріву 30°С/год, тривалість відгонки - 20 год, кінцева температура в сушильній камері - 180°С. Після відгонки заготовки оглядались, відбраковувались. Якісні заготовки закладались у високотемпературну піч з інертною атмосферою, в якій за 15-20 хв просочувались кремнієм при температурі 1450°С. Кінцеве спікання, яке забезпечило повну карбідізацію структури, проводили при температурі 1975°С за 4 год. Після спікання взірці проходили ретельний візуальний контроль для визначення відсотку ви ходу якісних виробів. Властивості отриманих матеріалів вивчали по загальноприйнятих методиках. Міцність на згин визначали на взірцях 5´5´35 мм по ГОСТ 20019-74. На цих зразках вимірювали твердість по Вікерсу НV (ГОСТ 2999-75) і вивчали мікроструктуру на металографічному мікроскопі ММР-4. Триботехнічні характеристики керамічних матеріалів, отриманих з сумішей по табл. 1, визначали на машині тертя СМЦ-2 по схемі - "диск по диску". При цьому верхній диск закріплювався нерухомо по каретці, нижній обертався з частотою 500 хв-1, з навантаженням між дисками 40 кг. Момент тертя, по якому розраховува вся коефіцієнт тертя, записувався на самописці, а спрацювання взірців визначалось гравіметрично і перераховувалось у відносну зносостійкість: відношення спрацьованих об'ємів еталонного взірця до досліджу 2 28890 ваного. За еталонний приймався матеріал, спечений з шихти прототипу. Технологічні характеристики шихт характеризувались по трьох параметрах: визначалась границя міцності на стиск взірців розмірами о 10, h 20 після відгонки тимчасової зв'язки. Ретельний візуальний контроль для визначення відсотку ви ходу якісних виробів на двох стадіях: після відгонки тимчасової зв'язки і в кінці технологічного процесу після кінцевого спікання. Аналіз результатів випробувань, представлених в табл. 2 показує, що оптимальними є шихти № 1, 2, 4, 5, 7, 8. Вони наділені добрими технологічними властивостями, які виражаються у відносно високій границі міцності на стиск свіжосформованого матеріалу, що забезпечує високий вихід якісних виробів після відгонки і після спікання. Низький вміст вуглецевих волокон (шихта № 10) і мала довжина волокон (шихта № 3) приводять до виродження ефекту армування. Міцність на стиск зменшується, що викликає зниження виходу придатних виробів. Збільшення вмісту вуглецевих волокон більше 1,5% (шихта № 9) погіршує структур у матеріалу, знижує міцнісні і триботехнічні характеристики. При наявності в складі шихти (№ 6) волокон довжиною більше 2,5 мм виникають нерівномірності їх розподілу, а отже і вуглецю в матеріалі, що викликає низьку міцність заготовок і значний відсоток бракованих виробів. Співставлення отриманих даних засвідчує, що матеріал, отриманий з запропонованих ши хт, має достатні технологічні властивості - високий відсоток виходу придатних деталей, в поєднанні з хорошими експлуатаційними властивостями (міцнісними, триботехнічними), що дозволяє використовувати його для тяжконавантажених пар тертя підшипників ковзання, торцевих ущільнень, напрямних і т.п. Таблиця 1 Склади шихт, що використовувалися у випробуваннях № ши хти Карбід кремнію зернистий 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Прототип 51,0 51,0 57,0 57,0 57,0 57,0 65,0 65,0 51,0 65,0 57,0 Вміст компонентів, мас.% Вуглецеві волокна довжиною, мм Графіт розширений 2,5 26,5 26,5 23,0 23,0 23,0 23,0 18,5 18,5 26,3 18,7 24,0 1 1,5 1 0,5 1,7 1,5 1 0,5 0,3 1 Тимчасова зв'язка 2 ч. парафіну + 1 ч. воску 21,0 21,0 19,0 19,0 19,0 19,0 16,0 16,0 21,0 16,0 19,0 Таблиця 2 Результати випробовувань Міцнісні властивості № п/п 1 2 3* 4 5 6* 7 8 9* 10* Прототип Густина, г/см 3 2,86 2,87 2,94 2,94 2,94 2,91 2,98 2,97 2,88 2,98 Границя міцності на згин, Gзг, МПа 225 227 272 274 274 248 255 256 198 256 2,94 273 Триботехнічні характеристики Твердість HV, ГПА Відносна зносостійкість Коеф. тертя 18,2 18,4 20,8 20,7 20,8 19,3 18,6 18,5 17,3 18,6 1,36 1,40 1,10 1,17 1,12 1,57 1,24 1,52 1,23 1,24 0,13 0,12 0,15 0,15 0,15 0,14 0,18 0,18 0,12 0,18 20,8 1,00 0,15 Технологічні характеристики Границя міцності Вихід бракованих свіжосформовавиробів, %** ного матеріалу, Після Після Gстиск , МПа відгонки спікання 3,1 4,4 5,0 3,2 4,6 5,3 2,4 8,5 9,2 3,5 4,3 5,1 3,6 4,4 4,8 2,1 8,0 11,3 3,3 5,3 6,0 3,4 5,7 6,2 2,0 10,7 12,4 2,1 8,2 9,3 2,1 * - ши хти, склад яких не входить в область, що за хищається даним винаходом. ** - за 100% прийнято кількість деталей, що поступили на відгонку. 3 8,3 9,5 28890 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4